磁性超疏水聚氨酯海绵的制备及其性能研究

随着世界工业化进程的不断推进,各个产业含油污水排放量日益增加,严重破坏生态系统。近年来,由于超疏水材料特殊的表面效应,将其应用于油水混合物的分离领域已成为研究的热点。采用浸渍法对聚氨酯海绵表面进行疏水改性,通过对四种主要因素考察,优选出最佳制备工艺:将0.1 g纳米Fe_3O_4超声分散于海绵表面,再用4%(wt)的硬脂酸溶液对其进行表面改性18 h,经90℃热处理6 h后即可得到磁性超疏水海绵。该材料水接触角高达158°,且可通过磁铁进行回收和驱动,在油水混合物的连续分离中表现出优异的性能,对开发新型油水分离材料具有重要的研究意义和实用价值。     

超疏水、自清洁氟化石墨改性不锈钢网的油水分离研究

采用环氧树脂和氟化石墨（FG）纳米片对200目（75 μm）、300目（50 μm）和400目（37.5 μm）不锈钢网进行表面修饰改性,制备出具有超疏水、自清洁性能的氟化石墨改性钢网。正己烷-水、二氯甲烷-水、正癸烷-水、间二甲苯-水及柴油-水混合物可在自身重力下迅速通过氟化石墨改性钢网实现分离,且分离效率均在99.89%以上。同时,氟化石墨改性不锈钢网还具有良好的重复使用性能和机械耐久性能,在循环使用100次以及外力作用下磨损100次后,仍保持良好的超疏水性能。     

超疏水高强度石墨烯油水分离材料的制备及应用

使用较为环保的手段对表面进行修饰,使用氧化石墨烯(GO)对三聚氰胺海绵(MS)进行进一步的表面改性,对超疏水的还原氧化石墨烯/三聚氰胺海绵(RGO-MS)进行制备。使用一些列手段对制备的RGO-MS的结构、形态、组分进行了研究。结果表明,海绵骨架与还原氧化石墨烯表面有十分密切的关系;超疏水的还原氧化石墨烯/三聚氰胺海绵对高密度与低密度的原油都有较好的吸附能力,而且在多次吸附工作后仍然具有百分之九十以上的吸附能力,对油水混合物的分离效率较高。     

超亲水/水下超疏油膜的制备及油水分离性能

工业生产和频繁的溢油事故产生大量的含油废水,其高效分离依然面临全球性的挑战。具有仿生浸润特性的膜可以选择性透过水或油,分离效率高且操作简单而广泛应用于油水分离。本文通过一步浸渍法将TiO₂纳米颗粒和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）原位固化到不锈钢网上制备了具有微/纳米层级结构的超亲水/水下超疏油油水分离膜。重点考察了TiO₂/PVP涂覆液浓度（质量分数1%、3%、5%、7%、9%）对膜的浸润特性和油水分离性能的影响。实验结果表明,不同TiO₂/PVP浓度改性的膜具有超亲水/水下超疏油特性,水的接触角均为0°,在水中油的接触角达160°,油水分离效率大于99.5%。膜通量随浓度的增大先减小后增加,当质量分数为3%时膜通量最大为8422.5L/（m²·h）。经过30次连续油水分离后,其分离效率仍大于99.5%,表明TiO₂/PVP-SS （stainless steel）膜有良好的耐久性和稳定性。因此,TiO₂/PVP-SS仿生特殊浸润膜材料在油水分离领域具有经济、高效、环境友好的潜在优势。     

含氧化铁超疏水棉织物的制备及性能

以丙烯酸丁酯与乙烯基硅树脂乳液共聚合成疏水乳液;用沉淀法制备α-Fe2O3纳米粒子,并用硅烷偶联剂对其进行表面改性。用疏水乳液和α-Fe2O3分散液对棉织物进行浸涂,制备超疏水棉织物。采用XRD、FTIR和SEM对α-Fe2O3和超疏水棉织物的结构、形貌进行表征。考察乳液和α-Fe2O3分散液浸涂次数对棉织物疏水性能的影响,研究紫外光照射对超疏水棉织物润湿性能的影响,测定超疏水棉织物的油水分离性能。结果表明,用疏水乳液和α-Fe2O3分散液分别浸涂2次即可使棉织物具有良好的超疏水性,接触角可达158.6?。经紫外光照射后,织物正面转变成为超亲水;而反面仍为超疏水状态,棉织物显示出单向导湿性能。超疏水棉织物对油水混合物中油、水的分离效率分别为96.1% 和99.0%。     

自清洁型超疏水铜网的制备及其油水分离性能

利用碱液氧化法在铜网上生长纳米针状粗糙结构,并枝接具有pH响应性的低表面能长链硫醇分子,制备了空气中超疏水超亲油、碱性溶液中超亲水水下超疏油金属铜网。对改性金属网的表面结构、接触角、粘附力等性能进行表征。结果表明,亲水硫醇分子所占比例为20%时,改性铜网在空气中水的接触角为154.12°,粘附力为0.025 mN,对油的接触角为0°,改性铜网表面油滴在pH为12的溶液中能够自动脱附,针对不同种类油滴的油水混合物进行分离,分离效率在95%左右,并且重复使用10次后分离效率依然保持在90%以上。     

超亲水/水下超疏油铜基网膜的制备及油水分离实验

本文以紫铜网为基底,通过溶液浸泡法制备了具有超亲水/水下超疏油性质的油水分离网膜。通过扫描电子显微镜分析铜网的表面形态,图像显示网膜表面均匀生长着密集分布的树枝状微米线粗糙结构,径向排列,层层堆叠。通过接触角测量仪分析润湿性质,水滴在铜网表面的接触角为0°,水中的油滴接触角大于155°,说明铜网在空气中具有超亲水性,在水下具有超疏油性。通过油水分离实验,发现铜网仅在重力作用下即可高效分离不同种类的油水混合液,分离效率超过90%。网膜可重复使用,易于清洁。     

磁驱动超疏水海绵制备及油水分离性能

采用浸渍法,以纳米Fe_3O_4和硬脂酸对聚氨酯海绵进行了表面改性,制备了磁驱动超疏水海绵,并对其进行了XRD、FTIR、TG、接触角测试。结果显示:改性后的海绵水接触角高达158?,热稳定性较原始海绵明显提高,弹性性能未遭到破坏,置于高温(热水50～90℃,热空气80～120℃)、强腐蚀溶液(pH=2～13)的苛刻条件下24 h后,水接触角仍然高于148?。将改性后的海绵用于油/水混合物的分离中,表现出了优异的分离能力,且可通过磁铁进行磁驱动和磁回收。     

耐腐蚀超疏水超亲油不锈钢网的制备及其在油水分离过程中的应用

以不锈钢网为基底,通过化学刻蚀法制备微米级粗糙表面,通过一步浸泡法将st9ber法制得的疏水亲油纳米Si O2颗粒沉积到粗糙的不锈钢网表面,制备了具有微纳二级粗糙结构的超疏水超亲油不锈钢网。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和接触角测量仪(CA)表征了超疏水超亲油不锈钢网的表面形貌、化学组成和润湿性能,并将其用于油水分离过程中。结果表明,疏水亲油纳米Si O2颗粒成功的沉积到不锈钢网表面;水滴在超疏水超亲油不锈钢网上的接触角最大为151°,煤油的接触角为0°;制备的超疏水超亲油不锈钢网不仅能高效的分离不同种类油和水的混合物,还能高效的分离油和腐蚀性液体(强酸或强碱水溶液)的混合物,其耐腐蚀特性可满足复杂环境下的油水分离要求。     

超疏水纳米海绵制备及其二甲苯吸附性能

利用聚氯乙烯（PVC）及疏水性气相纳米SiO₂颗粒建立了一种简易、快速的超疏水纳米海绵材料的制备方法，并在开展超疏水纳米海绵材料的表面基团分析（IR）、疏水性能测定、表面形貌（SEM）观察的基础上，探究其吸附性能及循环使用性能。为验证超疏水纳米海绵材料的工业应用性能，采用实验室搭载回收设备，对比考察了负载超疏水纳米海绵/未改性海绵/商用金属盘片对间二甲苯的回收性能。结果表明：改性后超疏水纳米海绵材料表面负载涂层整体均匀完整，涂层上接枝的纳米颗粒稳定致密，且表面粗糙度有明显提高。IR谱图中新增有O—Si—O的特征峰，充分证明疏水性SiO₂颗粒已负载在材料表面，使其表面疏水角可达150°，具有超疏水亲油特性。改性海绵材料间二甲苯吸附容量可达41.45g/g，且在循环500次后吸附容量仍能达到其初始值的93%，负载该海绵的回收设备则具有良好间二甲苯回收速率（152.83L/h）及效率（99%），运行58h后仍保持良好间二甲苯回收性能。     

一种高机械耐久性油水分离网的制备及性能

为提高超疏油/超亲水涂层的机械耐久性，首次提出以碳纳米管、正硅酸乙酯和丙烯酸树脂为原料，加入全氟辛酸和壳聚糖季铵盐进行改性，喷涂制备出一种具有高机械耐久性的油水分离网。利用接触角测试、砂纸磨损实验和油水分离实验，评价分离网的润湿性、机械耐久性和油水分离能力，并通过光学显微镜和扫描电子显微镜对涂层磨损前后的形貌变化进行分析。结果表明，当碳纳米管掺杂量为1.5%时，制备的涂层油接触角为155.5°,水接触角为0°,具有良好的超润湿性；经过160次砂纸磨损实验，仍保持超疏油/超亲水状态，表现出优异的机械耐久性；在油和水(碱性、酸性、中性、冷、热)的混合溶液中均有96%以上的分离效率和1.6×10⁴ L/(m²·h)以上的渗透通量，经过20次分离后分离效率为96.33%,具有良好的油水分离能力。     

油水分离膜表面结构可控合成及性能研究

石油开采过程中会产生大量的油水混合物,每天生产生活中也会产生大量含油废水,如何处理这些油水混合物,是环境保护和可持续发展的重大需求。针对含油量较高的油水混合物,本工作制备了疏水-超亲油分离膜。以机械性能较好的泡沫镍为过滤基体,采用电沉积方法,在泡沫镍表面沉积铜颗粒,构筑亲油疏水表面。研究了沉积电位和沉积时间对表面结构的影响,并测试了分离膜表面结构、表面粗糙度及水滴在膜表面的接触角,并对所制备的分离膜进行油水分离性能测试和多次循环的稳定性测试。结果表明,所制备的分离膜具有良好的循环分离性能,对于油水混合物循环十次后分离效率仍在90%以上。本研究为高效油水分离膜材料开发提供了新思路,并拓展了电化学表面改性的应用领域。     

聚氨酯海绵改性环氧树脂复合材料的摩擦学性能研究

以聚氨酯（PU）海绵作为三维支撑材料,吸附氧化石墨烯（GO）和石蜡（PW）,制备了改性环氧树脂（EP）复合材料。对该复合材料进行摩擦学性能测试,结果表明：当PW质量为PU的3.5倍时,复合材料的摩擦系数最小,相比纯EP摩擦系数降低了57.77%;当PW质量为PU的2.5倍时,复合材料的比磨损率最低,相比纯EP比磨损率降低了94.08%。采用扫描电子显微镜对复合材料的磨损表面进行表征,认为GO和PW的协同作用对改善复合材料的摩擦学性能起着关键作用。     

超疏水-超亲油材料在油水分离中的研究进展

综述了超疏水-超亲油油水分离材料的研究进展及其在油水分离中的应用。首先介绍了油水分离材料的特殊润湿性的基本理论和设计理念,主要包括Young方程、Wenzel模型、Cassie模型以及制备油水分离材料的两种途径。然后全面介绍了金属网膜类、纺织品类、合成膜类等二维结构的油水分离材料,以及海绵、泡沫、气凝胶等三维网络状类油水分离材料和智能型油水分离材料。最后总结了目前在油水分离这一领域存在的一些问题,主要是油水分离的基本机制和理论研究不够完善,并指出开发和研究能够分离特殊油品的材料以及智能响应性可控的油水分离材料仍然是一大挑战。     

纳米纤维素构建超疏水材料研究进展

纳米纤维素表面富含活性羟基,具有高度的亲水性和吸水性,这在很大程度上成为影响纳米纤维素在工业上大规模应用的主要因素。对纳米纤维素表面的活性羟基进行化学修饰提高其疏水性,日益成为国内外学者研究的热点。本文在简要阐述超疏水材料基本特征和制备方法的基础上,对比了不同超疏水材料制备方法（模板法、喷涂法、沉积法、刻蚀法）的优劣,重点介绍了国内外学者利用纳米纤维素构建超疏水材料（气凝胶、纸张、涂层、薄膜等）在生物医学、造纸工业、油水分离、食品包装、储能材料等不同领域的研究进展,归纳并分析了目前纳米纤维素构建超疏水材料在改性方式和性能提升等方面仍存在的问题,同时指出了纳米纤维素构建超疏水材料未来将朝着过程无污染化、工艺简化、稳定性优化等方向发展。     

亲水/水下超疏油的油水分离膜的制备及性能

近年来,膜技术在油水分离中的应用受到了研究者的广泛关注。将ZnO纳米线与氧化石墨烯(GO)片层掺混,利用真空抽滤手段,在聚偏氟乙烯支撑层上制备ZnO/GO薄膜。试验证明,ZnO纳米线在GO纳米片层间的穿插,改进了GO薄膜的内部结构和表面性质,使得薄膜的各项性能均得到改善和提升。ZnO/GO薄膜呈现出亲水和水下超疏油的性质,亲水角和水下亲油角分别为65°和175°;同时,提高膜渗透性能,纯水通量高达2 100 L/(m~2·h),为纯GO薄膜的32倍;在油水分离试验中,ZnO/GO薄膜表现出良好的油水分离性能和抗油污染性能,出水的油含量低于5 mg/L,膜通量恢复率高于80%;在分离实际含油废水时,ZnO/GO薄膜保持良好的抗污染性能和分离性能,通量衰减率为5 L/(m~2·h·min),通量恢复率为80%,分离效率约为92.8%。综上,ZnO/GO薄膜是一种新型高效的油水分离膜,在含油废水处理领域具有良好的研究和应用前景。     

基于强氢键作用的超分子微纳米涂层改性滤膜

为解决油水分离滤膜循环使用性差的问题,采用超分子鞣酸-聚乙烯醇(TA-PVA)黏结剂黏附鞣酸-铜(TA-CuⅡ)形成鞣酸-聚乙烯醇-铜(TA-PVA-CuⅡ)涂层改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜,制备了具有稳定微纳米涂层的超亲水/水下超疏油膜(TA-PVA-CuⅡ@PVDF)。采用SEM、FTIR、XPS对制备的膜进行了表征,对改性前后PVDF膜的表面润湿性、油水分离性进行了测试,考察了二价铜离子改性时间对TA-PVA-CuⅡ@PVDF循环使用性以及涂层耐久性的影响。结果表明,在亲水性TA-PVA-CuⅡ微纳米涂层的作用下,TA-PVA-CuⅡ@PVDF的水接触角和水下油接触角分别可达到0°和151.0°,其对乳化油的分离膜通量和分离效率最高分别可达1169.30L/(m²·h)和99.99%,展现出优异的油水分离性能。二价铜离子改性时间为20min时,TA-PVA-CuⅡ@PVDF循环稳定性和耐久性最佳,具有15次的循环分离次数,并且通量改变率为6.6%。     

电沉积法制备仿生超疏水滤网及其油水分离性能

采用电沉积法在铜网表面制备铜镀层,然后经硬脂酸修饰制得具有仿生超疏水性能的滤网。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测试仪等对试样的形貌、组成及润湿性等进行表征与分析,探讨电镀时间、电流密度和修饰时间等工艺参数对滤网浸润性的影响,并对制备的仿生超疏水滤网的油水分离性能进行研究。结果表明,铜镀层的微纳米突起结构和硬脂酸修饰的协同作用赋予铜网良好的超疏水性能,其接触角高达165°。该滤网油水分离性能优良,对不同种类油水混合物分离效率高达98%,且反复使用15次后仍能达到90%以上的分离效率。     

氧化石墨烯改性PVDF超滤膜制备及分离性能

用N-（三甲氧基硅丙基）乙二胺三乙酸钠（EDTS）对氧化石墨烯进行修饰,制备出亲水的EDTS-GO纳米复合物。然后通过共混的方式将EDTS-GO添加到PVDF中,制备出EDTS-GO改性PVDF超滤膜。接触角分析和红外光谱结果表明,在相转化过程中EDTS-GO转移至膜表面,PVDF膜表面的亲水性增强。系统考察了不同EDTS-GO添加量对膜性能的影响。膜性能测试表明,随着EDTS-GO添加量的增加,PVDF膜的纯水通量先增大然后降低,当添加量为0.5%时,纯水通量达到最大值,711.2 L·（m²·h）^-1。此外,抗污染实验表明,EDTS-GO改性的PVDF超滤膜比未改性的PVDF超滤膜具有更强的抗污染性能。     

耐化学腐蚀FAS-TiO_2超疏水网制备及其油水分离性能

采用溶胶凝胶法在不锈钢网上涂覆二氧化钛(TiO_2)颗粒构筑了微纳米级粗糙表面,然后通过氟硅烷(FAS)接枝改性降低表面能,制备了一种耐化学腐蚀的氟硅烷-二氧化钛(FAS-TiO_2)超疏水网,并将其应用在油水分离中。采用水接触角(WCA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)对FAS-TiO_2网进行了表征,分析了FAS-TiO_2网的实际应用性能。结果表明水滴与所制备的网表面接触角为159°,且滑动角非常小;FAS-TiO_2超疏水网在腐蚀性溶液,极性有机溶剂及热溶液中具有优异的化学、热稳定性及再循环使用能力。而且FAS-TiO_2超疏水网能够仅利用重力驱动,快速高效地分离各种油水混合物。在苛刻的酸、碱、盐和热环境下FAS-TiO_2网重复使用30次,其油水分离效率仍然保持在95%以上。FAS-TiO_2网制备过程简易、性能优异,在油水分离中有着广泛的适用性。